(57)【要約】    【課題】  迅速に熱制御し所定の温度に正確にコントロールすることができる定着装置及び画像形成装置を提供する。    【解決手段】  通電により発熱するとともに温度検知を兼ねる複数の温度検知機能付きヒータ１８と、温度検知機能付きヒータ１８を内蔵する加熱手段と、一方の面が加熱手段と摺動するフィルム１７と、フィルム１７を介して加熱手段で加熱され所定の定着温度で記録紙上の未定着像を融解させる加熱定着手段と、記録紙Ｐを加熱定着手段に圧着させる加圧ローラ１５と、温度検知機能付きヒータ１８により検知されたヒータ１８の温度に基づいてヒータ１８を所定の温度に制御する温度制御手段を有している。    【選択図】    図３
2007025237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定着装置において、
通電により発熱するとともに温度検知を兼ねる複数の温度検知機能付発熱体と、
前記温度検知機能付発熱体を内蔵する加熱手段と、
一方の面が前記加熱手段と摺動するフィルムと、
前記フィルムを介して前記加熱手段で加熱され所定の定着温度で記録紙上の未定着像を融解させる加熱定着手段と、
前記記録紙を前記加熱定着手段に圧着させる加圧手段と、
前記温度検知機能付発熱体により検知された発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度に制御する温度制御手段と、
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の定着装置において、前記加熱手段の他に、加熱定着手段を加熱する補助加熱手段を有することを特徴とする定着装置。
【請求項３】
請求項２に記載の定着装置において、前記補助加熱手段が、前記温度検知機能付発熱体により検知された前記発熱体の温度に基づいて、所定の温度に制御されることを特徴とする定着装置。
【請求項４】
定着装置において、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を内蔵する第一加熱手段により昇温されて所定の定着温度で記録紙上の未定着像を融解させる加熱定着手段と、
センサにより前記加熱定着手段の温度を検知する温度検知手段と、
前記記録紙を前記加熱定着手段に圧着させる加圧手段と、
通電により発熱するとともに温度検知を兼ねる複数の温度検知機能付発熱体と、
前記温度検知機能付発熱体を内蔵する第二加熱手段と、
一方の面が前記第二加熱手段と摺動するフィルムと、
前記フィルムを介して前記第二加熱手段で記録紙上を加熱する紙面加熱手段と、
前記第二加熱手段における温度検知機能付発熱体により検知された発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度にさせる温度制御手段と、
前記温度検知手段により検知された前記加熱定着手段の温度と前記温度検知機能付発熱体により検知された前記発熱体の温度に基づいて、前記加熱定着手段を所定の定着温度に制御する定着温度制御手段と、
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項５】
定着装置において、
通電により発熱する発熱体と、
前記発熱体を内蔵する第一加熱手段により昇温されて所定の定着温度で記録紙上の未定着像を融解させる加熱定着手段と、
センサにより前記加熱定着手段の温度を検知する温度検知手段と、
前記記録紙を前記加熱定着手段に圧着させる加圧手段と、
通電により発熱するとともに温度検知を兼ねる温度検知機能付発熱体と、
前記温度検知機能付発熱体を内蔵する第二加熱手段と、
一方の面が前記第二加熱手段と摺動し、前記加圧手段を加熱するフィルムと、
前記第二加熱手段における温度検知機能付発熱体により検知された発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度にさせる温度制御手段と、
前記温度検知手段により検知された前記加熱定着手段の温度と前記温度検知機能付発熱体により検知された前記加圧手段の温度に基づいて、前記加熱定着手段を所定の定着温度に制御する定着温度制御手段と、
を有することを特徴とする定着装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載の定着装置において、通紙する記録紙の幅に対応して、前記各加熱手段に対し所定の温度に制御することを特徴とする定着装置。
【請求項７】
請求項１、４または５の何れかに記載の定着装置において、前記温度検知機能付発熱体により検知された発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度にさせる温度制御手段が、前記温度検知機能付発熱体に対し電流駆動する駆動回路と、発熱駆動時と温度検知時に各発熱体に流れる電流回路を切り替える制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記各発熱体の温度値を電圧値に変換し検知する電圧検知回路と、同電圧をデジタル変換するアナログ−デジタル変換回路と、そのデジタル値とあらかじめ設定された設定値とを比較する比較器とから構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項８】
請求項請求項１、４または５の何れかに記載の定着装置において、前記温度検知機能付発熱体により検知された発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度にさせる温度制御手段が、前記温度検知機能付発熱体に対し電流駆動する駆動回路と、発熱駆動時と温度検知時に各発熱体に流れる電流回路を切り替える制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記各発熱体の温度値を電圧値に変換し検知する電圧検知回路と、同電圧をデジタル変換するアナログ−デジタル変換回路と、そのデジタル値を加熱開始時から積算する積算器と、同積算器の積算値とあらかじめ設定された設定値とを比較する比較器とから構成されることを特徴とする定着装置。
【請求項９】
記録紙に未定着トナー画像を形成担持させる作像手段と、前記記録紙に形成担持させた未定着トナー画像を当該記録紙に加熱定着させる加熱定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着装置が請求項１から請求項８の何れか１項に記載の定着装置で構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定着装置及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの少なくも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置において、定着手段として、熱効率、安全性が良好な接触加熱型のローラによる加熱方式（熱ローラ定着方式）や、省エネルギー型のフィルムによる加熱方式（フィルム加熱方式）を採用している。
【０００３】
熱ローラ定着方式の加熱定着装置は、加熱用回転体としての加熱ローラ（定着ローラ）と、これに圧接させた加圧用回転体としての弾性加圧ローラを基本構成とし、この一対のローラを回転させて該両ローラ対の圧接ニップ部（定着ニップ部）に未定着画像（トナー画像）を形成担持させた被加熱材としての記録紙を導入して圧接ニップ部を挟持搬送通過させることで、定着ローラからの熱と圧接ニップ部の加圧力にて未定着トナー画像を記録紙面に永久固着画像として熱圧定着させるものである。
【０００４】
このような加熱定着装置の場合には、一般に、加熱ローラが、所定の肉厚を有する金属製芯金の表面に、弾性体層や離型性材料層を積層して構成され、この加熱ローラは、金属製芯金の内部にハロゲンランプ等の加熱源を配置し、当該加熱源によって内部から加熱されるように構成されている。上記加熱ローラの金属製芯金としては、加工性及び熱伝導性に優れたアルミニウムの素管を使用することが多い。
【０００５】
しかしながら、近年の環境問題の一つとして消費電力の低減が強く望まれる一方で、市場のニーズからは高画質および高速での画像出力が望まれている。そこで、このような消費電力の低減と高速・高画質の要求に応えるために、上記の加熱ローラ方式の加熱定着装置に対して種々の改善が試みられている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０１４１７号公報
【特許文献２】特開平１１−７３０５０号公報
【特許文献３】特開昭６３−３１３１８２号公報
【特許文献４】特開平２−１５７８７８号公報
【特許文献５】特開平４−４４０７５号公報
【特許文献６】特開平４−２０４９８０号公報
【０００７】
一つは、定着ローラの昇温時間を短縮し消費電力を小さくする目的で、加熱体を定着ローラや加圧ローラの外表面に配置させ、外表面のみを加熱することで、低消費電力で熱効率のよい加熱定着装置の１例が特許文献１及び２等に提案されている。このような定着ローラの外表面に配置させる加熱体は、定着ローラに対して接触状態にあるものと、非接触状態にあるものに大別されるが、接触式の方が熱の伝播効率が高い。また、加熱体は中空芯金内にハロゲンランプが備えてあるタイプや、あるいは中空芯金の内面にポリイミド等の有機樹脂やガラス等の絶縁層を介して発熱抵抗層を備えたヒートローラタイプのものがある。
【０００８】
一方、フィルム加熱方式の加熱定着装置は、発熱体に加熱用回転体である耐熱性フィルム（定着フィルム、以下、単にフィルムと称する）を加圧用回転体（弾性ローラ）で密着させて摺動搬送させ、このフィルムを挟んで加熱体（ヒータ）と加圧部材とで形成される圧接ニップ部に未定着トナー画像を担持した記録紙（以下、転写紙と称する）を導入して該フィルムと一緒に搬送させて、フィルムを介して付与されるヒータからの熱と圧接ニップ部の加圧力によって未定着トナー画像を転写紙上に永久画像として定着させるものであり、その1例が特許文献３〜６等に提案されている。
【０００９】
そのフィルム加熱方式の１例を図１（ａ）に示す。図１（ａ）では、アルミナや窒化アルミ等のセラミック板上に発熱抵抗層が形成された加熱ヒータ１０３がステイホルダー（支持体）１０１に固定され、そのヒータに密着したポリイミド等の耐熱性の定着フィルム１００と、そのフィルムを挟んで圧接させた芯金１１１、弾性層１１２及び離型層１１３を有する加圧ローラ１１０とを備える。定着フィルム１００は加圧ローラの回転力により、定着ニップ部においてヒータ面に密着・摺動しつつ搬送移動される。ヒータの温度は、ヒータ背面に設置された温度検知手段（サーミスタ）１０２により検知し図示しない通電制御部へフィードバックされ、ヒータ温度が一定温度（定着温度）になるように加熱・温調される。このようなフィルム加熱方式の定着装置を用いたプリンタ、複写機等の各種画像形成装置は、加熱効率の高さや立ち上りの速さにより、待機中の予備加熱の不要化や、ウェイトタイムの短縮化など従来の熱ローラ等を用いて加熱定着させる方式に比べて多くの利点を有している。
【００１０】
しかし、上記従来例の方式では、次のような問題点がある。
まず、熱ローラ方式では、熱容量の大きな定着ローラを用いるため、クイックスタートが不可能である。また、高速化及び高画質化対応のために、定着ローラ表層にシリコーンゴム等の弾性層を設けた場合、熱容量が増すのに加えて、定着ローラ内部から弾性層表面を暖めなければならない為、ウェイトタイムが延びてしまうという問題がある。
【００１１】
そこで、クイックスタートが可能で高速化・高画質化対応が可能な定着方式の１つとして図１（ｂ）に示すような方式が提案されている。この方式では、定着ローラ１０５としてシリコーンゴム等を用いた弾性ローラを用い、弾性層の包み込み効果により紙への熱伝達効率を向上させると同時に画像劣化を低減させている。また、定着ローラ表面を従来フィルム加熱方式で用いられているセラミックヒータ１０７を用いて直接加熱したり、加圧部材１１５として薄肉フィルムと断熱バックアップ部材を用いることで、熱効率を向上させ、クイックスタートを可能にしている。ところが、このような構成の加熱定着装置では、従来の定着ローラ方式で用いられる定着ローラよりも熱容量が小さく、且つ、断熱的な弾性ローラを使用するため、蓄熱量が比較的小さく、通紙による定着ローラ温度の変化が大きいという問題がある。また、オンデマンド定着のように定着ニップで加熱を行うのではなく、定着ローラ１０５の外周に加熱ニップを設けて定着ローラの加熱を行うため、通紙による定着ローラの温度低下に対する制御が遅れるという問題がある。また、加圧ローラ側についても、安定な定着を行うために、均一な温度分布が望ましいが、通紙させる記録紙の最大幅に対して均一な温度分布にするために、給紙最大幅より幅広いローラの長手方向全域に渡って加熱しており、余分な電力がかかってしまうという問題がある。
【００１２】
また、フィルム加熱方式では、熱容量の小さい薄肉フィルムを用い、定着ニップを集中的に加熱するためクイックスタートは可能であるが定着ニップ内の温度制御が難しく、薄肉フィルムを加圧ローラにより従動回転させているため、フィルム速度が加圧ローラの回転速度に対して遅れ、画像を劣化させてしまうという問題がある。
【００１３】
さらに、上記のフィルム加熱方式の定着装置では非通紙部昇温現象と呼ばれる問題点もあった。すなわち、封筒などの小サイズ紙（幅）をプリントする場合、画像形成装置の最大通紙幅に対して発熱体はほぼ均一に発熱するが、小サイズの紙をプリントする場合紙が通らない部分（以下、非通紙領域と記す）では、発熱体が発熱する熱が紙に奪われることがないので定着装置内で温度上昇が発生する。この現象は従来の熱ローラ定着方式の定着装置でも発生したが、フィルム加熱方式の定着装置では、オンデマンド性を持たせるため発熱体の熱容量を小さくしてあり、この非通紙部昇温現象が顕著に現れる。したがって、小サイズプリントの場合、非通紙部の昇温は避けられないもので、封筒などの小サイズ紙を多量にプリントしたあとの定着装置内部の温度分布は、通紙部は温調温度程度であるのに対して、非通紙部はそれよりかなり高温になっているのが現状である。この状態で、次に普通サイズ（最大通紙幅程度の幅）をプリントする場合、発熱体が長手方向全域を加熱するので、非通紙部昇温をおこしている部分はかなり高温になってしまい、昇温した非通紙部分でホットオフセットと呼ばれる熱量過多による画像汚れが発生してしまう問題がある。
【００１４】
従来はこの問題に対処するためにはスループットを低下させる、すなわちプリントの頻度を落とし通紙の間隔を広げることで対処していた。しかし、フィルム加熱方式のオンデマンドな定着装置の高速化対応で、非通紙部昇温の問題はますます厳しくなり、スループットだけで解決することは難しくなってきている。
【００１５】
一方、通紙する紙のサイズ（幅）に対して発熱体を複数種類もつことで対応する方法もあるが、数多くある紙サイズの種類すべてに対応して発熱体を設けることや、各部に対してサーミスタを設置させることは従来不可能であった。
【００１６】
また、フィルム型加熱定着装置は熱容量が小さいので、加圧ローラの温度に応じて温調温度を細かく制御する必要がある。すなわち、加熱定着装置が冷めていて室温から温度を立ち上げた場合は、加圧ローラ温度が低いために温調温度を高くする必要があるが、定着を経た後で加圧ローラ温度が上昇していると、加圧ローラ側からも記録紙に熱を与えるので温調温度は低くても良い。このため、フィルム型加熱定着装置は、定着をある程度行った後で再び定着を行う場合は、加熱定着装置がどのくらいの温度であるかを検知して目標温調温度を設定するようにしている。この温度検知には発熱体に接触しているサーミスタを使用するが、通常サーミスタは加熱定着装置が定着できるすべての紙サイズ（紙幅）において通紙域になるように配置されているので、例えば小サイズを通紙して非通紙部昇温が発生している場合は、サーミスタの検知温度と実際の加熱定着装置の温度とはかなり差がある。また、普通サイズ紙の定着後でも両端部の方が中央部分よりも冷却が大きいので、サーミスタの示す値と実際の定着温度とは差が生じる。そのまま通紙域のサーミスタの検知温度のみで温度立ち上げ時の目標温調温度を決定すると、ホットオフセットや、定着不良を生じることがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上記した従来の問題を解消し、本発明は迅速に熱制御し所定の温度に正確にコントロールすることができる定着装置及び画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明は、定着装置において、通電により発熱するとともに温度検知を兼ねる複数の温度検知機能付発熱体と、前記温度検知機能付発熱体を内蔵する加熱手段と、一方の面が前記加熱手段と摺動するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱手段で加熱され所定の定着温度で記録紙上の未定着像を融解させる加熱定着手段と、前記記録紙を前記加熱定着手段に圧着させる加圧手段と、前記温度検知機能付発熱体により検知された前記発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度に制御する温度制御手段と、を有することを特徴としている。
【００１９】
なお、本発明は、前記加熱手段の他に、加熱定着手段を加熱する補助加熱手段を有すると、効果的である。
さらに、本発明は、前記補助加熱手段が、前記温度検知機能付発熱体により検知された前記発熱体の温度に基づいて、所定の温度に制御されると、効果的である。
【００２０】
また、上記課題を解決するため、本発明は、定着装置において、通電により発熱する発熱体と、前記発熱体を内蔵する第一加熱手段により昇温されて所定の定着温度で記録紙上の未定着像を融解させる加熱定着手段と、センサにより前記加熱定着手段の温度を検知する温度検知手段と、前記記録紙を前記加熱定着手段に圧着させる加圧手段と、通電により発熱するとともに温度検知を兼ねる複数の温度検知機能付発熱体と、前記温度検知機能付発熱体を内蔵する第二加熱手段と、一方の面が前記第二加熱手段と摺動するフィルムと、前記フィルムを介して前記第二加熱手段で記録紙上を加熱する紙面加熱手段と、前記第二加熱手段における温度検知機能付発熱体により検知された発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度にさせる温度制御手段と、前記温度検知手段により検知された前記加熱定着手段の温度と前記温度検知機能付発熱体により検知された前記発熱体の温度に基づいて、前記加熱定着手段を所定の定着温度に制御する定着温度制御手段と、を有することを特徴としている。
【００２１】
さらにまた、上記課題を解決するため、本発明は、定着装置において、通電により発熱する発熱体と、前記発熱体を内蔵する第一加熱手段により昇温されて所定の定着温度で記録紙上の未定着像を融解させる加熱定着手段と、センサにより前記加熱定着手段の温度を検知する温度検知手段と、前記記録紙を前記加熱定着手段に圧着させる加圧手段と、通電により発熱するとともに温度検知を兼ねる温度検知機能付発熱体と、前記温度検知機能付発熱体を内蔵する第二加熱手段と、一方の面が前記第二加熱手段と摺動し、前記加圧手段を加熱するフィルムと、前記第二加熱手段における温度検知機能付発熱体により検知された発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度にさせる温度制御手段と、前記温度検知手段により検知された前記加熱定着手段の温度と前記温度検知機能付発熱体により検知された前記加圧手段の温度に基づいて、前記加熱定着手段を所定の定着温度に制御する定着温度制御手段と、を有することを特徴としている。
【００２２】
なお、本発明は、通紙する記録紙の幅に対応して、前記各加熱手段に対し所定の温度に制御すると、効果的である。
さらに、本発明は、前記発熱体制御手段が、前記温度検知機能付発熱体に対し電流駆動する駆動回路と、発熱駆動時と温度検知時に各発熱体に流れる電流回路を切り替える制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記各発熱体の温度値を電圧値に変換し検知する電圧検知回路と、同電圧をデジタル変換するアナログ−デジタル変換回路と、そのデジタル値とあらかじめ設定された設定値とを比較する比較器とから構成されると、効果的である。
【００２３】
さらにまた、本発明は、前記発熱体制御手段が、前記温度検知機能付発熱体に対し電流駆動する駆動回路と、発熱駆動時と温度検知時に各発熱体に流れる電流回路を切り替える制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記各発熱体の温度値を電圧値に変換し検知する電圧検知回路と、同電圧をデジタル変換するアナログ−デジタル変換回路と、そのデジタル値を加熱開始時から積算する積算器と、同積算器の積算値とあらかじめ設定された設定値とを比較する比較器とから構成されると、効果的である。
【００２４】
また、上記課題を解決するため、本発明は、記録紙に未定着トナー画像を形成担持させる作像手段と、前記記録紙に形成担持させた未定着トナー画像を当該記録紙に加熱定着させる加熱定着手段とを有する画像形成装置において、前記定着装置が請求項１から請求項８の何れか１項に記載の定着装置で構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の構成によれば、定着の際に発熱する発熱体が温度検知も兼ねており、かつ、加熱定着装置の温度を立ち上げる際に、ローラの長手方向にわたり複数の発熱体の各々が検知する温度によって定着装置の温度を正確に制御するような構成したので、ホットオフセット、定着不良のない、良好な定着を行うことが可能な定着装置を提供することができる。
【００２６】
請求項２の構成によれば、上記加熱手段に対して定着手段に補助的に加熱することができるので、所望の定着温度へ速く到達することができ、上記効果に加えて高速化が図れる定着装置を提供することができる。
【００２７】
請求項３の構成によれば、上記補助加熱手段に対しても、発熱体からの温度検知情報により制御するようにしているので、高速かつ良好な定着を行うことが可能な定着装置を提供することができる。
【００２８】
請求項４の構成によれば、上記発熱体で記録紙面上も加熱制御するようにしているので、より定着不良のない、良好な定着を行うことができ、特に使用環境温度に拠らない、ウォームアップ時間の短縮が図れる定着装置を提供することができる。
【００２９】
請求項５の構成によれば、上記発熱体で加圧手段にも加熱制御するようにしているので、より定着不良のない、良好な定着を行うことができる定着装置を提供することができる。
【００３０】
請求項６の構成によれば、使用する記録紙サイズによって加熱制御するようにしているので、電力的に無駄のない省エネが可能な定着装置を提供することができる。
【００３１】
請求項７の構成によれば、温度検知もできる発熱体に対して加熱と温度検知制御ができるようにしているので、迅速に熱制御し所定の温度に正確にコントロールすることができる定着装置を提供することができる。
【００３２】
請求項８の構成によれば、温度検知もできる発熱体に対して加熱とエネルギー積算制御ができるようにしているので、いろいろな種類のトナーに対して高信頼でかつ安定した定着装置を提供することができる。
【００３３】
請求項９の構成によれば、円滑な定着動作によって、高品質の画像形成を行う画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って説明する。先ず、本発明に係る画像形成装置の一例を明らかにする。図２は，本発明に係る画像形成装置の構成図である。
【００３５】
１は像担持体としての感光体ドラムであり、ＯＰＣ、アモルファスＳｅ、アモルファスＳｉ等の感光材料がアルミニウムやニッケルなどのシリンダ状の基盤上に形成されている。感光体ドラム１は矢印の方向に回転駆動され、まず、その表面は帯電装置としての帯電ローラ２によって一様帯電される。次に、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム３による走査露光（光学系は省略）が施され、静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４で現像、可視化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、２成分現像法、ＦＥＥＤ現像法などが用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。可視化されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５により、所定のタイミングで搬送された記録紙Ｐ上に感光ドラム１上より転写される。ここで感光ドラム１上のトナー像の画像形成位置と記録材の先端の書き出し位置が合致するようにセンサ８にて記録紙の先端を検知し、タイミングを合わせている。所定のタイミングで搬送された記録紙Ｐは感光ドラム１と転写ローラ５に一定の加圧力で挟持搬送される。
【００３６】
このトナー像が転写された記録紙Ｐは定着装置６へと搬送され、永久画像として定着される。一方、感光ドラム１上に残存する転写残りの残留トナーは、クリーニング装置７により感光ドラム１表面より除去される。以上の動作を繰り返すことで、次々と画像形成を行うことができる。
【００３７】
図３に、本発明に係る定着装置６の構成を示す。なお、同図は、記録材Ｐの搬送方向（矢印方向）に沿った縦断面図である。同図（ａ）に示す定着装置は、定着ローラ１０と、加圧ローラ１５と、定着ローラ内に設けた加熱ヒータ（ハロゲンランプ）１１と、加圧ローラ１５内に設けた加圧ヒータ（ハロゲンランプ）１６と、定着ローラ１０および加圧ローラ１５の温度を制御する温度制御装置と、記録材Ｐの搬送を制御する回転制御装置とを主要構成部材として構成されている。
定着ローラ１０は、一例として、アルミニウムや鉄などの芯金上にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型性樹脂層を設け、また、内部はヒータ１１によって加熱されるようになっている。
【００３８】
定着ローラ１０の温度は、該定着ローラ１０に当接される温度検知ができる温度検出機能付き加熱ヒータ１８によって、該定着ローラ１０の表面温度として検出され、温度制御回路によって加熱ヒータ１８を断続的に作動させることで、上記表面温度を所定の温度に制御させる。ここでいう加熱ヒータは、前述したフィルムを介して定着ローラを加熱するフィルム加熱方式である。耐熱性のセラミック基板上に発熱ペーストを印刷した発熱体と、この発熱体の保護と絶縁性を確保するために発熱体を覆うガラスコーティング層を順次形成したセラミックヒータ等の発熱体に加熱用回転体である耐熱性フィルム１７を定着ローラで密着させて摺動搬送させ、このフィルム１７を介して付与される発熱体からの熱を定着ローラ側に供給する。このフィルム１７はクイックスタート性を向上させるために、熱容量を小さくして膜厚を総厚１００μｍ以下とした、耐熱性・離型性・強度・耐久性等のあるＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＰＰＳ等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、ＰＥＥＫ，ＰＥＳ等のフィルム表面にＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ等を離型層としてコーティングした複合層フィルムである。
【００３９】
一方、上記定着ローラ１０に圧接回転する加圧ローラ１５は、一例として、アルミニウムや鉄等の金属芯金上に、耐熱性を有しかつ硬度の低いシリコーンゴムやシリコーンスポンジ等の弾性層を設け、その表面にＰＦＡ、ＰＴＦＥ等の離型性の高い樹脂による被覆層を有した構造をなしており、内部は加圧ヒータ１６によって加熱されるようになっている。この加圧ローラ１５は図示しないバネにより定着ローラ１０に圧接されており、回転制御装置により回転駆動される定着ローラにより、フィルム１７とともに従動回転され、記録紙Ｐが搬送される構成となっている。ここで定着ローラ１０の熱容量が大きく、また熱伝導率が少しでも大きいと、外表面から受ける熱を吸収しやすく、表面温度が上昇しにくくなる。できるだけ低熱容量で熱伝導率が低く、断熱効果の高い材質の方が、定着ローラ表面温度の立ち上り時間に有利である。定着ローラ１０の外径は小さい方が熱容量を抑えられるが、小さすぎると加熱ニップが稼ぎにくくなるので適度な径が必要である。弾性層の肉厚に関しても、薄すぎれば金属製の芯金に熱が逃げるので適度な厚みが必要である。以上を考慮して本実施例では、適正な加熱ニップを形成でき、且つ熱容量を抑えるために、肉厚が４ｍｍの気泡ゴムを用いて弾性層を形成し、外径が直径２０ｍｍの定着ローラを使用した。上記に述べた弾性層の上にはパーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン樹脂（ＦＥＰ）等のフッ素樹脂離型成層を形成する。離型層はチューブを被覆させたものでも表面を塗料でコートしたものであってもどちらでも良い。
【００４０】
加圧ローラ１５の温度は、該加圧ローラに当接されるサーミスタ１９によって、該加圧ローラの表面温度として検出され、温度制御回路によって加圧ヒータ１６を断続的に作動させることで、上記表面温度は所定の温度に制御される。加圧ローラ１５内の加圧ヒータ１６とサーミスタ１９は、場合によっては、必要としない場合もある。
【００４１】
また、トナー像を担持した記録紙Ｐは、入口ガイドによって定着ローラ１０と加圧ローラ１５の間に導かれる。ここはニップと呼ばれ、このニップにおける定着ローラ１０の回転方向についてのニップ幅は、記録紙Ｐ上のトナーを好適に加熱、加圧することができる程度に設定されている。回転制御装置は、定着ローラ１０を回転駆動するモータ２１と、モータ２１の回転を制御するＣＰＵとを有する。
【００４２】
温度制御装置は、温度検出機能付き加熱ヒータ１８とサーミスタ１９の検出する温度に基づいて、定着ヒータ１１あるいは加圧ヒータ１６に対する通電を制御するＣＰＵとを有する。特に温度検出機能付き加熱ヒータ１８は、一般にサーミスタと呼ばれる発熱温度でその抵抗値が変化する抵抗体が使用される発熱体で構成されており、そのサーミスタの金属組成は、発熱温度変化分と、抵抗値変化分が極力、直線的に比例関係にあるものを選択している。一例としてはアルミニウム、クロウム、ボロン等で合金としたものが用いられる。
【００４３】
この温度検出機能付き加熱ヒータ１８は、一般的なサーミスタに比べ、発熱温度変化分と抵抗値変化分が比例関係に有ることが特徴となっており、このような特徴を有することにより、発熱用の電流を流すモードから瞬間的に温度測定のためのサーミスタ抵抗測定のモードとを切り替えて用いることが可能となる。すなわち、温度検出機能付き加熱ヒータ１８は同じ素子内で温度検出と加熱駆動を交互に切り替えることができるため、図示する位置において定着ローラの表面の温度を検知して、その温度が予め設定された定着温度に到達していない場合に同場所にて加熱駆動させることができる。そのため、記録紙がニップを通過して、記録紙に熱が奪われてローラの表面温度が低下しても、すぐに検知して加熱駆動させて定着ローラの温度低下に対する制御をおこなうことができる。このように、
温度検知機能付きヒータ１８はそれに検知される温度値がデジタル変換されたデジタル値とあらかじめ設定された設定値と比較することで、ヒータ１１または加圧ヒータ１６の発熱駆動を制御することができる。
【００４４】
また、検知した温度の値からエネルギーを瞬時に積算しその積算値をもとにあらかじめ設定した値と比較して制御を実施することができる。すなわち、温度検知機能付きヒータ１８はそれによって検知される温度値がデジタル変換されたデジタル値を加熱開始時から積算し、当該積算値があらかじめ設定された設定値と比較することで、ヒータ１１または加圧ヒータ１６の発熱駆動を制御することができる。このことにより、温度依存性の高い粘弾性なトナーを定着する際に、その変形に寄与できる熱エネルギー値を制御することができるようになる。
【００４５】
したがって、トナー像が転写され定着装置６へと搬送された記録紙Ｐは、定着ニップにおいて加熱かつ加圧されてトナー像が固着し、分離爪１２により定着ローラと加圧ローラとから分離され、分離ガイド１４により分離ローラ１３に導かれた後、装置外へ排出される。
【００４６】
図３（ｂ）に示す定着装置６は、加熱定着手段がフィルム加熱方式の場合である。ここでは、主として回転駆動させる加圧ローラ１５側には加熱手段がなく、加熱定着手段の加熱ヒータ１０３と温度検出機能付き加熱ヒータ１８で定着のための加熱を行うようにしている。なお、図３（ｂ）において、図１と同様、符号１００は定着フィルム、１０１はステイホルダー、１０２は温度検知手段、１０３は加熱ヒータを示す。また、加圧ローラ１５側に加熱ヒータを内蔵させて制御対象としても良い。
【００４７】
図４には、記録紙搬送方向と垂直方向に対して、１０箇に分割された温度検出機能付き加熱ヒータ１８を示す。ここでは、各々の発熱体上に１列に並んでおり、全発熱体に対し、上記した制御が独立して同様に行われる。このような構成で加熱制御すると、前述したような非通紙部昇温現象（グラフ図中において点線で示す）に対して適性に温度制御が可能となり、各ブロックで検知される温度に基づき制御することができるため、安定した定着が可能な均一な温度分布を持つことができる。本実施形態では１０分割されたもので説明しているが、分割する数が多いほど、つまり細かく分割させるほどそのブロックでの検知される温度の正確性が高まるため、制御した後の温度分布の均一性を確保することができる。本発明の制御によれば、封筒を１００枚連続印刷（定着）した後、普通紙を用いて印刷してもホットオフセットが発生することなく、良好な印刷をすることができた。また、給紙されるサイズにあわせて、選択的に加熱することができ電力的に効率が良くなるため、定着性の確保と省エネ性が向上する。例えば、通紙サイズＡがＡ４サイズ縦の場合で、通紙サイズＢの場合がＡ３サイズの縦の場合とすると、Ａの場合は、ｃからｈまでのブロックに関して発熱駆動と温度検知機能を動作させる。Ｂの場合は、ｂからiまでの発熱体を使用する。紙サイズ（幅）の検知は、印刷時に図示しないコンピュータなどからくる紙サイズ信号や、定着装置内に紙幅検知用のセンサを設けて、それからの信号により制御するようにしても良い。
【００４８】
また、この構成と前述したエネルギー積算値を用いて、通紙する紙サイズの自動検知が可能となる。（この場合は、紙幅検知用のセンサは用いないで検知する）例えば、同じサイズの紙を連続プリントしている場合、最初の数枚は複数に分割された発熱体をヒータの長手方向にわたって全部発熱させて定着させるが、実際に通紙している部分に相当する発熱体の消費電力は、通紙による温度低下をさせないように昇温制御されるため、通紙していない発熱体の消費電力より大きくなる。数枚定着してある値より大きくなったらその部分が通紙しているところだとわかるため、通紙していない部分に相当する発熱体の発熱をＯＦＦにする。大量にプリントする場合など、最初の数枚プリントするだけで、紙幅検知が可能となる。すなわち、自動紙幅検知による電力制御が可能となり省エネの効果が期待できる。
【００４９】
図５（ａ），（ｂ）には、加熱ヒータに補助加熱手段２０を加えて、所望の設定温度へ高速に到達させるようにした構成を示す。補助加熱手段２０としては、ハロゲンランプやＩＨ等の熱源がよく、一方向へ効率よく放熱させるような構造が望ましい。この場合でも、温度検出機能付き加熱ヒータ１８からの検知温度からフィードバックさせることで、より高精度な制御が可能となる。また、高速機対応としてローラの回転が速くなったとしても、所望の定着温度へ速く到達させることが可能となりウオームアップ時間の短縮になる。図５（ｃ）では、従来のハロゲンヒータ１１を内蔵した定着ローラ１０に補助加熱手段２０を使用した場合である。本例においても温度検出機能付き加熱ヒータ１８を図４のようにローラ長手方向に複数個設置すれば、非通紙域の温度低下に対して速く回復させることができる。
【００５０】
図６では、記録紙Ｐが定着ニップに到達する前に、上記温度検出機能付き加熱ヒータ１８と同じ構成である温度検出機能付き加熱ヒータ２１で転写紙面上を予備加熱し、転写紙通過に起因する定着ローラや定着ベルトの温度落ち込みを防止させる。図６（ａ）の場合は従来のハロゲンランプのヒータ１１を内蔵し、サーミスタ１９で検知した温度に基づいて制御するようにした定着ローラ１０と併用したものである。図６（ｂ）の場合では、定着ローラ表面を制御する温度検出機能付き加熱ヒータ１８と定着ローラ内のハロゲンランプである加熱ヒータ１１とで構成され、温度検出機能付き加熱ヒータ１８の検知温度により、加熱ヒータ１１もＯＮ／ＯＦＦ制御させる場合である。この場合においても前述したように複数分割した温度検出機能付き加熱ヒータ１８で加熱制御すれば精度よく温度を制御できる。特に、寒冷地等の使用環境温度が低い場合や、ウオームアップ直後の温度落ち込みに対しては効果的となる。
【００５１】
図６（ｃ）及び（ｄ）は、フィルム加熱方式に実施した場合を示し、図６（ｃ）は図６（ａ）と、図６（ｄ）は図６（ｂ）と同様な制御を行う。
図７には、通紙サイズがＡの場合の従来方法での加圧ローラの温度落ち込み（図９中点線参照）に対して、上記温度検出機能付き加熱ヒータ１８と同じ構成である温度検出機能付き加熱ヒータ２２を用いて加圧ローラ１５面上で加熱制御することで、両端部の落ち込みを防止することを示すものである。制御方法としては前述した内容と同じである。設置位置としては、転写紙がニップ部分にくる直前がよく、図示するように加圧ローラの右側に設置させることが望ましい。図７（ａ）の場合は従来のハロゲンランプを内蔵しサーミスタで制御するようにした定着手段と併用したもので、図７（ｂ）の場合は、定着手段を加熱する加熱ヒータ１８の検知温度により、ハロゲンランプもＯＮ／ＯＦＦさせる場合である。図７（ｃ）の場合は、フィルム加熱方式に実施した場合である。ここでは、加熱ヒータの温度制御を、温度検出機能付き加熱ヒータ１８で検知される温度によって実施しているため、サーミスタを使用しない。
【００５２】
図５から図７までは加圧ローラ側に加熱ヒータがない場合について記述しているが、加熱ヒータとサーミスタがある場合も考えられる。その場合は図５，６では加圧ローラ側にサーミスタが必要となる。図７の場合には、温度検出機能付き加熱ヒータ２２で温度検知させればよい。
【００５３】
図８（ａ）には、補助加熱用のハロゲンランプを内蔵した定着ローラの加熱制御用として温度検出機能付き加熱ヒータ１８と記録紙加熱制御用として温度検出機能付き加熱ヒータ２１と加圧ローラ加熱制御用として温度検出機能付き加熱ヒータ２２と用いた定着装置を示す。同図（ｂ）にはフィルム加熱方式に実施した場合を示す。
【００５４】
また、図９に示すように、加圧ローラ１５の長手方向に分割して配置させて熱制御することで、加圧ローラの両端の温度落ち込みを効率よく温度制御できるため、安定した定着が可能となる。また、給紙サイズによって関係する発熱体だけを選択加熱できるため、無駄のない加熱ができる。図８に示す構成と併用することで、より安定した定着を実現できる。
【００５５】
図１０には、温度検出機能付き加熱ヒータに対する本熱制御と従来の加熱ヒータで従来の熱制御を用いた場合の制御温度の時間変化を示した例である。従来の方法に比べて過剰に加熱されることがなく本熱制御の方が適切な温度に制御できることがわかる。
【００５６】
また、図１１には、パルス分割連続駆動による加熱ヒータの温度の例を挙げる。（ａ）ではパルスを分割することで過剰な温度上昇を防止し、適切な温度に加温できることがわかる。（ｂ）では、温度制御でないため、ヒータそのものの蓄熱の影響により過剰に昇温していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】（ａ）、（ｂ）は従来のフィルム加熱方式の異なる定着装置を示す説明図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の主要部を示す概略説明図である。
【図３】（ａ）は熱ローラ定着方式、（ｂ）はフィルム加熱方式の定着装置を示す説明図である。
【図４】記録紙の幅方向に複数に分割して設けた温度検出機能付き加熱ヒータを示す説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は温度検出機能付き加熱ヒータと補助加熱手段とを設けたの定着装置を示す説明図である。
【図６】記録紙を温度検出機能付き加熱ヒータで予備加熱する定着装置で、（ａ）、（ｂ）は熱ローラ定着方式、（ｃ）、（ｄ）はフィルム加熱方式の定着装置を示す説明図である。
【図７】加圧ローラを温度検出機能付き加熱ヒータで予備加熱する定着装置で、（ａ）、（ｂ）は熱ローラ定着方式、（ｃ）はフィルム加熱方式の定着装置を示す説明図である。
【図８】記録紙と加圧ローラをそれぞれ温度検出機能付き加熱ヒータで予備加熱する定着装置で、（ａ）は熱ローラ定着方式、（ｂ）はフィルム加熱方式の定着装置を示す説明図である。
【図９】記録紙の幅方向に複数に分割して設けた温度検出機能付き加熱ヒータ定着ローラと加圧ローラに用いた定着装置を示す説明図である。
【図１０】本発明と従来の温度制御例を示す縦軸を温度、横軸を時間としたグラフである。
【図１１】本発明と従来の温度制御例を示す縦軸を温度、横軸を時間としたグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
６    定着装置
１０    定着ローラ
１５    加圧ローラ
１７    フィルム
１８、２１、２２    温度検出機能付きヒータ
２０    補助加熱手段
【図１】
2007025237.tif 000003
【図２】
2007025237.tif 000004
【図３】
2007025237.tif 000005
【図４】
2007025237.tif 000006
【図５】
2007025237.tif 000007
【図６】
2007025237.tif 000008
【図７】
2007025237.tif 000009
【図８】
2007025237.tif 000010
【図９】
2007025237.tif 000011
【図１０】
2007025237.tif 000012
【図１１】
2007025237.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月4日(2006.1.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
請求項１、４または５の何れかに記載の定着装置において、前記温度検知機能付発熱体により検知された発熱体の温度に基づいて前記発熱体を所定の温度にさせる温度制御手段が、前記温度検知機能付発熱体に対し電流駆動する駆動回路と、発熱駆動時と温度検知時に各発熱体に流れる電流回路を切り替える制御回路と、温度検知時に流れる電流から前記各発熱体の温度値を電圧値に変換し検知する電圧検知回路と、同電圧をデジタル変換するアナログ−デジタル変換回路と、そのデジタル値を加熱開始時から積算する積算器と、同積算器の積算値とあらかじめ設定された設定値とを比較する比較器とから構成されることを特徴とする定着装置。